Ingegneria energetica

L’elettricità divenne un argomento di interesse scientifico alla fine del XVII secolo. Nel corso dei due secoli successivi furono fatte un certo numero di importanti scoperte, tra cui la lampadina a incandescenza e la pila voltaica. Probabilmente la più grande scoperta per quanto riguarda l’ingegneria energetica venne da Michael Faraday che nel 1831 scoprì che un cambiamento nel flusso magnetico induce una forza elettromotrice in un anello di filo – un principio noto come induzione elettromagnetica che aiuta a spiegare il funzionamento di generatori e trasformatori.

Nel 1881 due elettricisti costruirono la prima centrale elettrica del mondo a Godalming in Inghilterra. La stazione impiegava due ruote idrauliche per produrre una corrente alternata che veniva usata per alimentare sette lampade ad arco Siemens a 250 volt e trentaquattro lampade a incandescenza a 40 volt. Tuttavia la fornitura era intermittente e nel 1882 Thomas Edison e la sua compagnia, The Edison Electric Light Company, svilupparono la prima centrale elettrica a vapore in Pearl Street a New York City. La stazione di Pearl Street consisteva di diversi generatori e inizialmente alimentava circa 3.000 lampade per 59 clienti. La centrale utilizzava la corrente continua e funzionava ad una sola tensione. Poiché la corrente continua non poteva essere facilmente trasformata alle tensioni più alte necessarie per minimizzare la perdita di potenza durante la trasmissione, la distanza possibile tra i generatori e il carico era limitata a circa mezzo miglio (800 m).

Lo stesso anno a Londra Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs dimostrarono il primo trasformatore adatto all’uso in un sistema energetico reale. Il valore pratico del trasformatore di Gaulard e Gibbs fu dimostrato nel 1884 a Torino dove il trasformatore fu usato per illuminare quaranta chilometri di ferrovia da un unico generatore di corrente alternata. Nonostante il successo del sistema, la coppia fece alcuni errori fondamentali. Forse il più grave era collegare i primari dei trasformatori in serie in modo che l’accensione o lo spegnimento di una lampada avrebbe influenzato altre lampade più in basso nella linea. Dopo la dimostrazione, George Westinghouse, un imprenditore americano, importò un certo numero di trasformatori insieme a un generatore Siemens e mise i suoi ingegneri a fare esperimenti su di essi nella speranza di migliorarli per l’uso in un sistema energetico commerciale.

Uno degli ingegneri di Westinghouse, William Stanley, riconobbe il problema di collegare i trasformatori in serie invece che in parallelo e capì anche che rendere il nucleo di ferro di un trasformatore un anello completamente chiuso avrebbe migliorato la regolazione della tensione dell’avvolgimento secondario. Usando questa conoscenza costruì il primo sistema pratico di alimentazione in corrente alternata basato su trasformatori a Great Barrington, Massachusetts, nel 1886. Nel 1885 il fisico e ingegnere elettrico italiano Galileo Ferraris dimostrò un motore a induzione e nel 1887 e 1888 l’ingegnere serbo-americano Nikola Tesla depositò una serie di brevetti relativi ai sistemi di alimentazione, compreso uno per un pratico motore a induzione bifase che Westinghouse concesse in licenza per il suo sistema a corrente alternata.

Nel 1890 l’industria energetica era fiorente e le compagnie elettriche avevano costruito migliaia di sistemi di alimentazione (sia a corrente continua che alternata) negli Stati Uniti e in Europa – queste reti erano effettivamente dedicate a fornire illuminazione elettrica. Durante questo periodo negli Stati Uniti emerse una feroce rivalità conosciuta come la “guerra delle correnti” tra Edison e Westinghouse su quale forma di trasmissione (corrente continua o alternata) fosse superiore. Nel 1891, Westinghouse installò il primo grande sistema di alimentazione progettato per azionare un motore elettrico e non solo per fornire illuminazione elettrica. L’installazione alimentava un motore sincrono da 100 cavalli (75 kW) a Telluride, Colorado, con il motore avviato da un motore a induzione Tesla. Dall’altra parte dell’Atlantico, Oskar von Miller costruì una linea di trasmissione trifase di 20 kV 176 km da Lauffen am Neckar a Francoforte sul Meno per l’esposizione di ingegneria elettrica a Francoforte. Nel 1895, dopo un lungo processo decisionale, la stazione di generazione Adams No. 1 alle cascate del Niagara iniziò a trasmettere corrente alternata trifase a Buffalo a 11 kV. Dopo il completamento del progetto delle cascate del Niagara, i nuovi sistemi di alimentazione scelsero sempre più spesso la corrente alternata rispetto alla corrente continua per la trasmissione elettrica.